В данной статье рассмотрено образование топливных оксидов азота в процессе горения разных видов углеводородного топлива.
Ключевые слова: отработавшие газы, загрязнение воздуха, токсичные компоненты, оксиды азота.
Образование оксидов азота при сжигании углеводородных топлив, содержащих топливо-связанный азот, связано с взаимодействием азота и кислорода при температурах выше 1600 К, но в интервале температур 1400–2100 К в основном определяется окислением азота топлива и является источником образования NOх, поступающих в атмосферу с продуктами сгорания.
Выход азота топлива существенно зависит от параметров среды, окружающей горящую каплю топлива. Выход азота в газовую фазу в случае термического разложения возможен уже при температурах до 520…570 К [1–15].
С. П. Фенимором проведены исследование кинетики окисления связанного азота в виде пиридинов, аммиака, метиламина, подаваемых в газовые пламенна. В результате исследования получено уравнение для концентрации NO, образующейся при окислении азота топлива:
,
где СNO — выход оксида азота при окислении всего количества связанного азота в оксид.
Уравнение показывает, что при увеличении содержания связанного азота в топливе его концентрация будет расти только до тех пор, пока не будет достигнут равновесный выход оксида азота. При этом ясно, что доля перехода топливного азота будет тем выше, чем меньше содержание азота в топливе и чем ниже температура процесса горения. Однако имеются достоверные данные масс-спектроскопических анализов, показавшие наличие радикалов НСN CN NH NH2 и OH в зоне горения азотосодержащих топлив. Это послужило основой разработки ориентировочного механизма образования топливного азота, согласно которому азот топлива сначала переходит в промежуточные соединения — радикалы, а затем частично окисляется до оксидов азота, а значительная часть его переходит в молекулярный азот. Здесь имеет место следующая схема:
П. В. Росляков провёл расчётный анализ выхода топливных NOх. При сгорании углеводородного топлива, имеющего состав СH4–0…88,7 %, C2H2–0…88,7 %, H2–8…98,7 %, NT — 1,0 %, W — 1,0 %, автор пришёл к выводу, что скорость образования топливного NO уменьшается с увеличением содержания СH4 [16–26].
На основании анализа сделаны следующие выводы: азотосодержащие соединения топлива при горении частично окисляются до NO, и влияние этого процесса на общее содержание оксида азота в продуктах сгорания должно быть учтено.
Подводя краткие итоги изложения результатов исследований по изучению процессов образования топливных оксидов азота, можно сделать следующие основные выводы:
1. Образование топливных оксидов азота происходит на начальном участке факела, в области образования «быстрых» NO, и до образования «термических» NO.
2. Выход топливных NО слабо по сравнению с термическими и быстрыми и практически не зависит от температуры.
3. Вид азотосодержащих соединений не оказывает существенного значения на выход топливных NО.
4. Степень перехода азота топлива в NО уменьшается с увеличением массовой концентрации азота в топливе. Однако, при этом абсолютный выход NО повышается.
5. Азотосодержащие соединения топлива при горении, частично окисляясь до NО, вносят существенный вклад в общую эмиссию NOx с ОГ при количествах связанного азота в топливе Nт > 0,1 %. Поэтому применительно к условиям сгорания в газодизеле учитывать влияние топливных оксидов азота не имеет необходимости, так как ПГ не содержит химически связанного азота, а ДТ содержит его не более 0,01 %.
Подводя итог можно отметить, что при горении МВС в цилиндре газодизеля образование оксидов азота происходит только в результате окисления азота воздуха по термическому и быстрому механизмам [27–32].
Литература:
1. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения природного газа и рециркуляции // Транспорт на альтернативном топливе. 2014. № 4 (40). С. 21–25.
2. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Применение природного газа и рециркуляции на тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 6. С. 7–9.
3. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля путем применения этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 2. С. 6–7.
4. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 4Ч 11,0/12,5 путем применения этаноло-топливной эмульсии // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. № 4 (28). С. 70–73.
5. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Улучшение экологических показателей дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 2. С. 6–7.
6. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 1. С. 11–13.
7. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Шишканов Е. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путем их рециркуляции // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 9. С. 8–9.
8. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук/Киров, 2009. — 184с.
9. Анфилатов А. А., Лиханов В. А., Лопатин О. П. Исследование процессов образования и разложения оксидов азота в цилиндре дизеля 2Ч 10,5/12,0 путем применения метанола с двойной системой топливоподачи: Монография. — Киров, 2008. — 156 с.
10. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Изменение образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 4. с. 3–5.
11. Лиханов В. А., Лопатин О. П., Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля путём применения метанола с использованием двойной системы топливоподачи // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 5. с. 5–8.
12. Анфилатов А. А. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах дизеля 2Ч 10,5/12,0 путём применения метанола с двойной системы топливоподачи. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук/Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2009. — 18 с.
13. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение экологических показателей дизеля 2Ч 10,5/12,0 при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 3. с. 4–5.
14. Лиханов В. А., Чувашев А. Н., Глухов А. А., Анфилатов А. А. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля при работе на метаноле // Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 4. с. 10–13.
15. Анфилатов А. А. Влияние метанола на оксиды азота при сгорании в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). с. 151–154.
16. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 139–142.
17. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле для номинальной частоты вращения // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). с. 142–145.
18. Лиханов В. А., Анфилатов А. А. Исследование применения метанола в дизеле на оптимальных установочных углах // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 42–44.
19. Анфилатов А. А. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 45–47.
20. Анфилатов А. А. Исследование токсичности на скоростном режиме дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 47–50.
21. Анфилатов А. А. Исследование дымности в отработавших газах дизеля при работе на метаноле // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2015. № 4 (17). С. 50–53.
22. Анфилатов А. А. Особенности экспериментальной установки для исследования рабочего процесса дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 223–226.
23. Анфилатов А. А. Результаты объемного содержания оксидов азота в цилиндре дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 226–229.
24. Анфилатов А. А. Особенности расчета периода задержки воспламенения при работе дизеля на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 229–232.
25. Анфилатов А. А. Теоретические расчеты содержания оксидов азота в цилиндре дизеля // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 232–235.
26. Анфилатов А. А. Расчет содержания оксидов азота в цилиндре дизеля с воздушным охлаждением при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 235–238.
27. Анфилатов А. А. Изменение экономических показателей дизеля при работе на метаноле // Молодой ученый. 2015. № 11 (91). с. 238–241.
28. Скрябин М. Л. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при работе на природном газе путем снижения содержания оксидов азота в отработавших газах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Киров, 2009. — 202 с.
29. Лопатин О. П. Зонная модель процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 261–265.
30. Лопатин О. П. Химизм процесса образования оксидов азота в цилиндре газодизеля с турбонаддувом // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 265–268.
31. Лопатин О. П. Исследование индикаторных показателей газодизеля при работе с рециркуляцией отработавших газов // Молодой ученый. 2015. № 10 (90). С. 253–255.
